文獻(xiàn)綜述--電力系統(tǒng)諧波抑制

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1、文獻(xiàn)綜述報(bào)告研究方向：電力系統(tǒng)諧波抑制及無功補(bǔ)償方法的研究研究生：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：專業(yè)：電氣工程文獻(xiàn)綜述21世紀(jì)能源與環(huán)境問題成為人類發(fā)展必須面對(duì)的重要問題，如何在保證可持續(xù)發(fā)展和保持良好環(huán)境的前提下為人類提供安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的電能，是電力系統(tǒng)面臨的主要問題。國(guó)家“十一五”規(guī)劃《綱要》提出推進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化，切實(shí)走新型工業(yè)化道路，堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。綱要明確指出：通過開發(fā)推廣節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)能。為電力工業(yè)的建設(shè)提出了明確要求。[1]電力系統(tǒng)也是一種“環(huán)境”，面臨著污染，各種電力電子裝置所消耗的無功功率使電網(wǎng)的供電質(zhì)量惡化，公用電網(wǎng)中

2、的諧波電流和諧波電壓是對(duì)電網(wǎng)環(huán)境影響最嚴(yán)重的一種污染。[2]一方面是因?yàn)殡娏﹄娮友b置自身的非線性使得電網(wǎng)電壓、電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生了嚴(yán)重的諧波污染；另一方面是因?yàn)榇蠖鄶?shù)電力電子裝置本身功率因數(shù)很低，其無功需求給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)，會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)供電質(zhì)量。[3]無功、諧波給電力系統(tǒng)和用戶帶來的負(fù)面影響主要有增大各類電氣設(shè)備的額定電壓和額定電流，引起額外的功率損耗，導(dǎo)致設(shè)備用電效率降低；“諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置的誤動(dòng)作；對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，使其無法正常工作；諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)和串聯(lián)諧振”[4]電網(wǎng)的諧波和無功問題日益突出，整個(gè)供配電系

3、統(tǒng)的安全運(yùn)行存在較大的隱患。世界各國(guó)電力系統(tǒng)近年來紛紛采用了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置和諧波治理裝置來提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量。[5]電力電子裝置的廣泛應(yīng)用,不但要消耗大量的無功功率,還有產(chǎn)生大量的諧波電流。因此,進(jìn)一步深入無功補(bǔ)償和諧波抑制的研究具有非常重要的意義，對(duì)無功補(bǔ)償和諧波抑制的方法研究是今后一個(gè)重大研究課題。[6]1.國(guó)內(nèi)外無功補(bǔ)償和諧波抑制的研究1.1國(guó)內(nèi)外無功補(bǔ)償?shù)难芯繜o功功率補(bǔ)償技術(shù)隨著電力系統(tǒng)的出現(xiàn)而出現(xiàn)，并隨著電力工業(yè)的發(fā)展和電力負(fù)荷的多樣性而不斷進(jìn)步。電力系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在已出現(xiàn)三代無功補(bǔ)償技術(shù)：同步發(fā)電機(jī)補(bǔ)償、同步調(diào)相機(jī)補(bǔ)償、并聯(lián)電容器補(bǔ)償、并聯(lián)電抗器補(bǔ)償?shù)葘儆诘谝淮?/p>

4、補(bǔ)償技術(shù)；基于自然關(guān)斷晶閘管技術(shù)的SVC（相控電抗器（TCR）、磁控電抗器(MCR)）屬于第二代無功補(bǔ)償技術(shù)；基于IGBT、IGCT等大功率可控器件的補(bǔ)償裝置SVG(StaticVARGenarator)屬于第三代無功補(bǔ)償技術(shù)。SVG是當(dāng)前世界上最先進(jìn)也是最復(fù)雜的補(bǔ)償技術(shù)產(chǎn)品，它不再采用大容量的電容器、電抗器，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)淖儞Q，在響應(yīng)速度、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、降低系統(tǒng)損耗、增加傳輸能力、提高瞬變電壓極限、降低諧波和減少占地面積等多方面具有更加優(yōu)越的性能。[7]在國(guó)內(nèi)，目前機(jī)械投切電容器的方式比較普遍。尤其加入控制系統(tǒng)后，在負(fù)荷波動(dòng)幅度和頻率變

5、化不大，對(duì)響應(yīng)速度要求不高的配電網(wǎng)絡(luò)中，MSC以其優(yōu)良的性價(jià)比，依然具有廣泛的市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)，且占據(jù)一定市場(chǎng)份額的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置是SVC。[8]SVC接入系統(tǒng)中,電容器提供固定的容性無功Qc,補(bǔ)償電抗器通過的電流決定了補(bǔ)償電抗器輸出感性無功QTCR的大小,感性無功和容性無功相抵消,只要能做到系統(tǒng)無功Qn=Qv(系統(tǒng)所需)-Qc+QTCR=常數(shù)(或0),則能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù),電壓幾乎不波動(dòng),關(guān)鍵是準(zhǔn)確控制晶閘管的觸發(fā)角,得到所需的流過補(bǔ)償電抗器的電流,晶閘管變流裝置和控制系統(tǒng)能夠可使TCR既能吸收感性無功功率也能吸收容性無功功率。[9]1995年清華大學(xué)和河南

6、省電力局共同研制我國(guó)首臺(tái)作為工業(yè)試驗(yàn)裝置的±300kvarSVGtl9，1999年清華大學(xué)和河南省電力局研制出具有工業(yè)應(yīng)用水平的采用GTO的±20MvarSVG且并網(wǎng)成功。[10]該裝置在建模、主電路及參數(shù)設(shè)計(jì)方法、分布式鏈節(jié)控制與保護(hù)、系統(tǒng)控制策略等方面取得重大突破，核心技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。[11]SVG與SVC相比，SVG具有5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①調(diào)節(jié)速度快。SVC內(nèi)部的電力電子開關(guān)元件多為晶閘管，晶閘管導(dǎo)通期間處于失控狀態(tài)，使SVC每步補(bǔ)償時(shí)間間隔至少約達(dá)工頻的半個(gè)周期，而SVG采用GTO作為開關(guān)元件，GTO可在0.001s左右關(guān)斷，因而其補(bǔ)償速度更快；②運(yùn)行范圍寬。在欠壓

7、條件下，SVG可通過調(diào)節(jié)其變流器交流側(cè)電壓的幅值和相位，使其所能提供的最大無功電流維持不變，僅受其電力半導(dǎo)體器件的電流量限制。而對(duì)SVC系統(tǒng)，由于其所能提供的最大電流受其并聯(lián)電抗器的阻抗特性限制，因而隨著電壓的降低而減??；③可以在從感性到容性的整個(gè)范圍中進(jìn)行連續(xù)的無功調(diào)節(jié)；④SVG不需大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件，其直流側(cè)所使用的電抗器和電容元件的容量遠(yuǎn)比SVC中使用的要小，這將大大縮小裝置的體積和成本；⑤諧波含量小。SVG在采取多重化技術(shù)、多電平技術(shù)或PWM技術(shù)等措施后，可大大減少補(bǔ)償電流中的諧波含量。[12]在